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MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO CAMPO (FPGA) MÓDULO VLSI QUE PODE SER PROGRAMADO PARA IMPLEMENTAR UM SISTEMA DIGITAL QUE CONSISTE DE DEZENAS DE MILHARES.

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1 MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO CAMPO (FPGA) MÓDULO VLSI QUE PODE SER PROGRAMADO PARA IMPLEMENTAR UM SISTEMA DIGITAL QUE CONSISTE DE DEZENAS DE MILHARES DE PORTAS. PERMITEM A IMPLEMENTAÇÃO DE REDES DE MÚLTIPLOS NÍVEIS E SISTEMAS COMPLEXOS EM UM ÚNICO CHIP

2 MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO CAMPO (FPGA) UM MÓDULO FPGA CONSISTE EM UMA MATRIZ DE TRÊS TIPOS DE ELEMENTOS PROGRAMÁVEIS: PONTOS DE INTERCONECÇÃO (CHAVES) BLOCOS DE ENTRADA E SAÍDA BLOCOS LÓGICOS (COMBINACIONAIS E/OU SEQUENCIAIS) A CONECÇÃO ENTRE ESSES TRÊS ELEMENTOS É FEITA ATRAVÉS DE FIOS AGRUPADOS EM CANAIS HORIZONTAIS E VERTICAIS

3 MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO CAMPO(FPGA) – ORGANIZAÇÃO DO CHIP Matriz de Chaveamento Blocos de entrada/saída Bloco Lógico programável Chaves Canal de fiação

4 MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO CAMPO(FPGA) – PROGRAMAÇÃO 1. ANTIFUSÍVEIS (ANTIFUSE) Usados por Actel, QuickLogic e Atmel Dispositivos de dois terminais que, quando não- programados atuam como uma alta impedância, ou seja, um circuito aberto. Para programação, aplica-se uma tensão entre 11 e 20V, fazendo com que o antifuse vire um curto-circuito.

5 VANTAGENS: Tamanho reduzido. Baixa capacitância quando não programado. Baixa resistência quando programado. DESVANTAGENS Não permite reprogramação. MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO CAMPO(FPGA) – PROGRAMAÇÃO 1. ANTIFUSÍVEIS (ANTIFUSE)

6 MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO CAMPO(FPGA) – PROGRAMAÇÃO 1. ANTIFUSÍVEIS (ANTIFUSE DA ACTEL) Consiste de três camadas: Em cima, polissilício(condutora), em baixo sílicio altamente dopado(n+), no meio uma camada dielétrica. Com o rompimento do dielétrico um pequeno canal se forma entre as duas camadas de silício, permitindo a passagem de corrente elétrica.

7 MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO CAMPO(FPGA) – PROGRAMAÇÃO 1. ANTIFUSÍVEIS (ANTIFUSE DA QUICKLOGIC) A camada central é constituída de silício amorfo( não condutor). Através do processo de programação o silício amorfo se torna polisilício(condutor), permitindo a passagem de corrente.

8 MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO CAMPO(FPGA) – PROGRAMAÇÃO 2. EPROMs e EEPROMs Comutadores são transistores MOSFET de gate flutuante, os mesmos usados nas memórias EPROM e EEPROM. Não exigem memória permanente externa para preservar a programação. Exigem um processo de fabricação mais complexo e o uso de células maiores.

9 Implementado com células de memórias de memórias estáticas (sram) Informação de programação perdida depois que o chip é desenergizado MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO CAMPO(FPGA) – PROGRAMAÇÃO 3. SRAM

10 MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO CAMPO(FPGA) – SRAM FPGAs ELEMENTOS TÍPICOS DE UM CHIP SRAM FPGA CHAVE PROGRAMÁVEL UMA CÉLULA SRAM ANEXADA À PORTA DE UM TRANSISTOR CMOS AGE COMO UMA CHAVE, QUE É USADA PARA FORNECER CONEXÕES ENTRE ENTRADAS E SAÍDAS DE BLOCOS LÓGICOS 1 Células SRAM Transistor Chave fechada 0 Células SRAM Transistor Chave aberta

11 MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO CAMPO(FPGA) – ORGANIZAÇÃO DA MEMÓRIA SRAM 0 1 K 2 M -1 Decodificador de Linha Decodificador de coluna e sensor de nível 01L2 N -1 Endereço de linha (M bits) A 0 A 1. A M-1 Endereço de coluna (N bits) Dados de entrada e saída Matriz de células de armazenamento Linha de bit Linha de palavra Célula

12 MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO CAMPO(FPGA) – SRAM FPGAs MULTIPLEXADOR PROGRAMÁVEL MULTIPLEXADOR DE 2 k entradas controlado por k CÉLULAS SRAM 0 1 MUX 2 3 a b c d 11 Y = d Células SRAM

13 MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO CAMPO(FPGA) – SRAM FPGAs TABELA DE PESQUISA (LUT – LOOK UP TABLE) UMA MATRIZ DE 2 k ´CÉLULAS SRAM (UMA TABELA DE PESQUISA DE k ENTRADAS) IMPLEMENTAUMA FUNÇÃO DE CHAVEAMENTO DE k VARIÁVEIS

14 MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO CAMPO(FPGA) – SRAM FPGAs FLIP – FLOP GARANTE A OPERAÇÃO COMO UM SISTEMA SEQUENCIAL

15 MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO CAMPO(FPGA) – SRAM FPGAs BLOCOS LÓGICOS PROGRAMÁVEIS (CLB) UM CLB CONTÉM UMA TABELA DE PESQUISA ( LUT ), DIVERSOS MULTIPLEXADORES CONTROLADOS POR SRAM E UM ELEMENTO DE ARMAZENAMENTO QUE PODE COMPORTAR-SE OU COMO UM FLIP- FLOP D SENSÍVEL À BORDA OU COMO UM LATCH D SENSÍVEL AO NÍVEL

16 MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO CAMPO(FPGA) – SRAM FPGAs K Tabela de pesquisa (LUT) D S Q >K R ABCDABCD GFGF XYXY CLK Set Reset

17 MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO CAMPO(FPGA) – SRAM FPGAs INTERCONEXÃO PROGRAMÁVEL SEGMENTOS METÁLICOS E PONTOS DE CHAVEAMENTO PROGRAMÁVEIS QUE SÃO USADOS PARA FORNECER O ROTEAMENTO DESEJADO ENTRE CLBs, BEM COMO BLOCOS DE ENTRADA E SAÍDA TIPOS DE RECURSOS DE INTERCONEXÃO 1.INTERCONEXÃO DIRETA 2.INTERCONEXÕES DE USO GERAL 3.LINHAS HORIZONTAIS E VERTICAIS LONGAS

18 MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO CAMPO(FPGA) – SRAM FPGAs 1.INTERCONEXÃO DIRETA – OCORRE ENTRE CLBs HORIZONTALMENTE E VERTICALMENTE ADJACENTES. FORNECEM CAMINHOS DE SINAIS RÁPIDOS ENTRE MÓDULOS ADJACENTES 2.INTERCONEXÕES DE USO GERAL – SEGMENTOS DE FIAÇÃO VERTICAIS E HORIZONTAIS ENTRE MATRIZES DE CHAVES. Os SEGMENTOS SÃO CONECTADOS CONFIGURANDO-SE AS MATRIZES DE CHAVEAMENTO EM UM PADRÃO DESEJADO. 3.LINHAS HORIZONTAIS E VERTICAIS LONGAS – SE ESTENDEM POR TODA A MATRIZ CLB, CONSTITUINDO UM MEIO PARA TRANSMITIR SINAIS A UM GRANDE NÚMERO DE DESTINOS CUJOS RETARDOS SEJAM CRÍTICOS ( POR EXEMPLO, SINAL DE RELÓGIO)

19 MATRIZES DE PORTAS PROGRAMÁVEIS NO CAMPO(FPGA) – SRAM FPGAs Matriz de Chaves Conexão direta Linha longa vertical Interconexão para uso geral

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